ИЗОКИНЕТИЧЕСКОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ
Цели, стандарты и оценка состояния коленных суставов

Основная цель врача-клинициста – вернуть пациента к нормальному функциональному уровню. Для достижения этой цели должна быть разработана специальная реабилитационная программа, учитывающая уникальные анатомические, неврологические и психологические особенности каждого человека. Также должны иметься способы оценки данных особенностей, как объективные, так и субъективные. Эти способы могут использоваться для отслеживания прогресса пациента во время прохождения реабилитационной программы.

Субъективная оценка касается восприятия самим пациентом, таких как боль, неподвижность и нарушения функций. Она не может всегда считаться надежной, а также может время от времени изменяться у каждого конкретного пациента. Тем не менее, когда пациенты жалуются на увеличение боли и неподвижности, их комплексы упражнений могут быть упрощены и переведены на менее напряженный уровень.

Объективный подход к восстановлению пациентов использует «протоколы на основе критериев», которые разрабатываются с помощью результатов, основанных на точных оценках системы. Данные критерии включают клинические данные, полученные с помощью антропометрических и гониометрических измерений, пальпации, тестирования мышечной активности (MMT – manual muscle testing), функциональных характеристик и других объективных исследований – изокинетических, проприоцептивных и артрометрических. На основе этих критериев могут быть разработаны реабилитационные протоколы, позволяющие определять и документировать прогресс. Это упрощает оценивание состояния пациента, коммуникацию с врачами-клиницистами, страховыми агентами и самим пациентом, а также дает врачу возможность устанавливать краткосрочные и долгосрочные цели, основанные на объективных данных.

Изокинетическая оценка мышечной активности и упражнения способствуют тому, что конечности двигаются с постоянной, заранее установленной скоростью. Для этого используется аккомодационная резистентность по диапазону движения (ROM – the range of motion). Таким образом увеличение мышечной отдачи способствует увеличению сопротивления, а не увеличению ускорения (скорости) – импульсов и инерции – которое достигается в гравитационных (изотонических) системах упражнений. Изокинетические технологии были доступны уже более 20 лет назад. Однако недавние технологические достижения, такие как возможность мышечного тестирования на быстрой скорости, позволяют оценивать эксцентричное мышечное сокращение и многие другие аспекты работы мышц. Эти достижения также дают возможность получать данные иного рода, в том числе о средней силе, работоспособности и выносливости.

Специалисты по квантификации нетрудоспособности Американской академии хирургов-ортопедов (AAOS – an American Academy of Orthopedic Surgeons) поставили ряд вопросов для тестирования с использованием изокинетических технологий:

• Система учитывает надлежащее применение для тестирования определенного сустава?
• Оборудование безопасно?
• Система адекватна и надежна?
• Есть ли подробная инструкция по применению от производителя?

Система BIODEX удовлетворяет всем критериям, разработанным AAOS. Она предоставляет различные режимы упражнений, в том числе на изокинетические концентрические и эксцентрические, а также на изометрические или пассивные движения.

В пассивном режиме выполняются непрерывные пассивные движения (CPM – continuous passive motion), концентрические и эксцентрические упражнения. Изокинетический режим позволяет осуществлять эксцентрические/эксцентрические движения. В изометрическом режиме производятся оценивание и исследование статической силы для любых групп мышц под любым углом сустава.

Одна из наиболее примечательных особенностей изокинетического тестирования – это способность объективно оценивать мышечную работу и устанавливать специфические критерии до возвращения к активному состоянию. Правильная интерпретация данных тестирования – вот основная цель этой статьи.

Основные понятия

Что касается MMT, то здесь отмечается ряд проблем. Техника непоследовательна в применении и классификации.1 Это в достаточной степени субъективный тест2, который не обладает необходимой надежностью.3,4 К тому же, это статический тест, он не предоставляет никакой информации относительно мышечной работы.5 Поэтому врачи-клиницисты нуждаются в более усовершенствованном тесте, нежели ММТ.

В настоящее время изокинетика предлагает клиницистам адекватный, объективный, надежный тест, который, к тому же, является динамическим и безопасным. Объективная воспроизводимая система тестирования необходима для врача-клинициста по некоторым другим причинам: во-первых, чтобы фиксировать потерю трудоспособности в медицинских и юридических документах, и, во-вторых, чтобы гарантировать объективность касательно прогрессии пациентов.

Исследования

Чтобы доказать адекватность и надежность системы BIODEX, Уилк и др.6 протестировали 24 человека на сгибание и разгибание колена на 60, 180, 300 и 450 градусов в секунду. Каждый испытуемый был протестирован дважды с перерывом между тестами в 2 дня. Анализ данных многократных испытаний показал пирсоновский коэффициент корреляции, который доказывает, что BIODEX – надежное устройство для тестирования. Некоторые другие исследователи7-9 тоже пришли к подобным результатам.

Стандартизированные протоколы испытаний

Последовательный, стандартизированный протокол тестирования предназначен для того, чтобы улучшить воспроизводимость в зависимости от испытания и от испытуемого. Последовательное стандартизированное исследование облегчает контроль над теми несколькими переменными, которые влияют на испытания. Уилк описал стандартизированный протокол тестирования для оценки колена 5,10 и плеча.11

Изокинетический протокол тестирования должен включать стандартизацию следующих переменных:

Протоколы тестирования и угловая скорость заслуживают более подробного рассмотрения.

Протоколы тестирования

Система BIODEX предлагает несколько протоколов тестирования: изометрический, изокинетический концентрический, изокинетический эксцентрический, изокинетический концентрический/эксцентрический, изокинетический эксцентрический/концентрический и исследования на выносливость. Чтобы определить тип тестирования, наиболее подходящий для данной ситуации, постарайтесь не думать о нем как о способе измерения силы. Главное – это какой тип исследования поможет идентифицировать проблемы с работой мышц во время функциональных действий пациента.

Угловая скорость

Цель реабилитации – возвратить пациентов к функциональной деятельности.

Вышеуказанные данные свидетельствуют о том, что для оценивания функциональной способности пациентов надо тестировать и обучать на высоких скоростях. Это называется “функциональным тренингом для динамической стабилизации”.

Таких скоростей нельзя достичь с помощью изотонического оборудования. Пайпс12 показал, что разгибание колена на прогрессивном резистивном оборудовании достигает максимум 60-90 градусов в секунду. Намного больших скоростей можно достичь с помощью изокинетики, хирургического тюбинга или даже во время обычного бега. Тренинг с большой нагрузкой и небольшой скоростью приводит только к небольшим достижениям. Для того чтобы вернуть пациентов к высокой активности, необходимо как можно раньше проводить тренировки с большой скоростью.

Тестирования, проводимые на более высоких функциональных скоростях, ограничивают большеберцовый сдвиг. В одном из своих исследований Уилк 13 рассмотрел эффекты размещения стоп во время изокинетического упражнения при поврежденных коленях. На каждой скорости дистальное размещение стоп вызывало большеберцовый сдвиг, который был больше, чем проксимальное размещение стоп. Например, при 60 градусах в секунду большеберцовый сдвиг был больше, чем при 180 или 300 градусах в секунду. Наибольший передний сдвиг происходит в среднем при 28 градусах сгибания колен.

Субъективная оценка

Наконец, во время тестирования пациентов важно учитывать их реакции. Если пациент испытывает боль или дискомфорт, следует пальпировать сустав для определения того угла сгиба, при котором возникают проблемы. Затем симптомы пациента надо сравнить с его кривой вращающего момента и субъективной оценкой – например, крепитация 2 степени при 90 градусах сгибания. Степень крепитация колеблется от 0 (отсутствует) до 4 (тяжелая стадия).

Интерпретация базового теста

Информация, полученная с помощью тестирования BIODEX, дает возможность оценить следующие параметры:

• Параметры вращающего момента;
• Параметры ускорения;
• Степень уменьшения силы;
• ROM;
• Параметры мышечной работы.

Правильная интерпретация этих оценок может значительно помочь при идентификации патологий суставов и мышц, а также при разработке комплексной реабилитационной программы.

	Вращающий момент		Параметры ускорения
	Максимальный вращающий момент (PT – peak torque) – это самая высокая точка на кривой сгибания/разгибания, независимо от местоположения ROM (рис. 1). Усредненный вращающий момент – это среднее число максимальных вращающих моментов, полученных в серии повторов. Усредненный вращающий момент может считаться лучшей и более точной оценкой функционирования пациента, чем максимальный вращающий момент, поскольку деятельность зависит от повторения движений.		Показатель времени вращающего момента (TRTD – time rate to torque development) указывает на то, с какой скоростью вращающий момент развивается во время мышечного сокращения. У здоровых людей РТ начинается в начале первой трети восходящей части кривой вращающего момента. Если восходящая часть кривой продлена, с максимальным вращающим моментом в середине или последней трети кривой, это означает трудности в производстве вращающего момента в начале сокращения мышцы (рис. 2). В таких случаях в результате сниженной способности к ускорению пациент может быть не готов к возврату к функциональной деятельности.
	Рис. 1. На колоколообразной кривой вращающего момента – на оси Х расположены показатели времени, на оси Y расположены показатели силы – хорошо виден максимальный вращающий момент, самая высокая точка на кривой сгибания/разгибания.		Рис. 2. “Нормальная” кривая (слева) показывает PT в начале первой трети восходящей части. Продленный TRTD (справа) указывает на трудности при генерации мышечного сокращения.

TRTD можно исследовать относительно нескольких параметров:

• PT – измеряется с начала мышечного сокращения до самой высокой точки кривой вращающего момента;
• Заранее заданная оценка вращающего момента – вычисляется максимальное время, необходимое для производства определенного вращающего момента;
• Заранее заданное время – измеряется вращающий момент, производимый в течение определенного времени;
• Определенный угол – оценивается вращающий момент, произведенный под определенным углом.

В зависимости от патологии можно учитывать различные параметры. Например, Уилк14 показал, что за 0,2 секунды колено должно быть способно достигнуть 80-90% своего максимального вращающего момента. Угол колена при ударе пятки составляет 0-5 градусов, а в среднем положении – 20 градусов.15 С этой точки зрения для динамической стабильности колена во время ходьбы необходимо значительное количество вращающего момента. Следовательно, при изокинетическом тестировании колена часто используется параметр TRTD в 20 градусов.

Степень уменьшения силы

Степень уменьшения силы (FDR – force decay rate) – это термин, используемый для описания нисходящей части кривой вращающего момента. Эта часть кривой показывает, когда сила – вращающий момент – уменьшается. В большинстве случаев нисходящая часть кривой должна быть прямой или выпуклой. Если нисходящий отрезок вогнут, это может означать, что у пациента есть трудности с производством силы при достижении максимального разгибания; следовательно, это может означать некоторую патологию (рис. 3). У пациентов с патологией передней крестовидной связки (ACL – anterior cruciate ligament) вогнутость, как правило, бывает между 20 и 30 градусами.13

Диапазон движения

Кривые ROM, накладываемые на кривые вращающего момента, указывают точки, в которых наблюдается недостаточность во время исследования работы суставов. При тестировании спины ROM используется также в качестве индикатора надежности и достоверности испытания.

Мышечная работа

Помимо основных параметров, описанных выше, для интерпретации результатов изокинетического тестирования полезно рассмотреть несколько дополнительных параметров. Эти параметры измеряют мышечную работу во время изокинетического упражнения или тестирования.

Полная работа (TW – total work) определяется как сила, умноженная на расстояние. Эта оценка представлена “областью под кривой” по оси Х (рис. 4). Данный параметр зависит от скорости и движения. Очень часто PT приравнивают к ROM. Однако у пациента может наблюдаться дефицит TW. Важный параметр тестирования – соотношение (TW):(вес тела).

	Рис. 3. “Нормальный” образец FDR (слева) является прямым или выпуклым. Вогнутая нисходящая часть (справа) указывает на трудности при производстве силы.		Рис. 4. Работа, “область под кривой”, меньше на кривой справа, даже при том, что максимальный вращающий момент занимает одинаковую позицию как на левой, так и на правой кривой.

Средняя сила определяется как TW, поделенная на время – время, необходимое для выполнения работы. Этот параметр выражается в ваттах. Мы оцениваем этот параметр тестирования в терминах средней силы, поделенной на массу тела. Реципрокное время иннервации (RIT – reciprocal innervation time) указывает время, прошедшее с момента завершения сокращения агониста до начала сокращения антагониста. Например, оно указывает, как быстро у человека может начаться сокращение подколенного сухожилия после сокращения четырехглавой мышцы во время тестирования колена. Если есть задержка RIT, часть кривой вращающего момента между концом разгибания и началом сгибания выглядит как “U”, а не как “V”.

Другие параметры работы

О признаках работы и выносливости можно узнать также с помощью некоторых других параметров:

Последняя оценка, процент усталости от работы, вычисляется системой BIODEX с помощью сравнения первой трети работы в ряду повторений с последней третью работы. Затем вычисляется процент, который помогает оценить выносливость.

Корреляция кривых вращающего момента с патологиями

Тщательное наблюдение за кривыми вращающего момента BIODEX может помочь клиницисту идентифицировать определенные патологии. Для иллюстрации этого процесса ниже приводятся некоторые образцы кривых, на которых обозначены различные патологии колена.

Кривая вращающего момента может быть поделена на три части (рис. 2):

• Ускорение;
• Начало вращающего момента;
• Степень уменьшения силы.

Нормальная кривая разгибания/сгибания представлена на рис. 2 (слева). Обратите внимание на ровную форму кривой с максимальным вращающим моментом в середине ROM. Отклонения от этого образца указывают на наличие некоторых проблем, которые могут быть связаны с различными патологиями.

	Хондрозис надколенно-бедренного сустава		Синдром складки
	Проблемы с надколенно-бедренным суставом легко идентифицировать, потому что при этом наблюдается значительное отклонение от стандартных кривых вращающего момента. В фазе начала вращающего момента отмечается тенденция к понижению, которая соответствует ощущению дискомфорта у пациента. В общем случае наблюдается сниженное производство вращающего момента, пологий участок кривой в середине движения, а также возможны отклонения по всему участку кривой, соответствующему работе четырехглавой мышцы (Рис. 5). В результате пациент испытывает боль в конце мышечного сокращения. Данный тип кривой вращающего момента был зафиксирован в работах ряда исследователей.		У пациентов с синдромом складки наблюдаются две выпуклости на том отрезке кривой, которая соответствует четырехглавой мышце. Вторая выпуклость больше, чем первая, и характеризуется большей FDR (рис. 6). Такая кривая появляется в результате сжатия складки, которая во время сгибания образуется в среднем бедренном мыщелке. Когда пациент разгибает колено, складка расширяется на 0-40 градусов, боль проходит и формируется вращающий момент.
	Рис. 5. Хондрозис надколенно-бедренного сустава – боль, быстрая FDR, неспособность поддерживать силу для предельного разгибания.		Рис. 6. Синдром складки. Для разгибания характерна кривая с двумя выпуклостями. Вторая выпуклость характеризуется большим размером и большей FDR.
	Недостаточность ACL		Подвывих коленной чашечки
	Кривые вращающего момента при недостаточности ACL коленей бывают двух видов, что описано Мэлоуни и Мэнджин. В серьезных случаях пологий участок кривой, соответствующий четырехглавой мышце, в середине ROM снижается примерно на 30-45 градусов и вызывает смещение точки опоры. В менее серьезных случаях FDR быстро уменьшается и характеризуется вогнутостью кривой, поскольку пациенты достигают максимального диапазона движения (рис. 8). Так как чаще всего передний большеберцовый сдвиг происходит при 20-30 градусах ROM, разгибание колена в этом диапазоне характеризуется деформацией в нормальной кривой вращающего момента.		Кривая с двумя выпуклостями характерна также для участка, соответствующего четырехглавой мышце, в случае подвывиха коленной чашечки (рис. 7). Однако в отличие от синдрома складки, при подвывихе коленной чашечки первая выпуклость больше, чем вторая. В этом случае при сгибании на 90 градусов коленная чашечка упирается в блоковидное углубление. Когда нога разгибается, коленная чашечка в результате мышечной неустойчивости, неправильной конфигурации суставов и ограничений связок выходит из блоковидного углубления приблизительно на 20-30 градусов ROM.
	Рис. 8. Недостаточность ACL. Характерна быстро уменьшающаяся FDR при максимальной точке ROM или пологий участок кривой со снижением в середине ROM, соответствующий четырехглавой мышце.		Рис. 7. Подвывих коленной чашечки. Для разгибания характерна кривая с двумя выпуклостями, при этом первая выпуклость выше, чем вторая.

Анализ кривой (резюме)

Анализируя кривую, следует учитывать несколько факторов:

• Четыре рассмотренные выше кривые колен достаточно легко идентифицировать;
• Цель врача-клинициста состоит в том, чтобы научиться идентифицировать небольшие деформации кривой для избегания увеличения уже существующей патологии;
• Увеличение FDR, проявляющееся в виде вогнутости кривой FDR, указывает на потерю вращающего момента в конце диапазона движения;
• Уменьшение средней величины вращающего момента указывает на патологию надколенно-бедренного сустава;
• Нельзя пренебрегать первыми 12 градусами ROM.

Кроме того, врачи всегда должны помнить о том, что клинический диагноз не может быть поставлен только в результате анализа кривой вращающего момента. Анализ всегда должен коррелировать с другими клиническими данными.

Итоговый анализ

В предыдущих разделах данной статьи были рассмотрены “сырые” данные, полученные с помощью системы BIODEX. Этот раздел предлагает логический метод исследования данных, чтобы их можно было использовать в качестве направляющих моментов для реабилитации.

Анализ данных

Все данные, полученные с помощью системы BIODEX, могут быть оценены в терминах необработанных чисел (PT, TW и PT под определенным углом) – тогда это будет “абсолютный анализ данных”. Следовательно, при 180 градусах в секунду пациент производит 100 ft-lb (фунт-сила-фут) во время разгибания (четырехглавая мышца) и 69 ft-lb во время сгибания (подколенные сухожилия). Сила подколенных сухожилий составляет 69% силы четырехглавой мышцы.

"Относительный анализ данных”, другой метод интерпретации данных, заключается в том, что одна абсолютная оценка исследуется относительно другой оценки, например, относительно массы тела. Если пациент весит 200 фунтов, максимальный вращающий момент четырехглавой мышцы делится на массу тела, тогда результат – только 50%.

Функциональный относительный анализ данных (FRDA – functional relative data analysis) заключается в сравнении абсолютной оценки с массой тела и еще одной оценкой, как правило, временем. Как было отмечено ранее, средняя сила определяется делением полной работы на время. Если среднюю силу разделить на массу тела (ватт на фунт), получится функциональный анализ. Наконец, чтобы получить функциональную шкалу тестирования, оценку надо умножить на 100.

Двусторонние сравнения

Билатеральные сравнения очень важны. Они проводятся быстро и легко: билатеральные различия более чем на 10% считаются существенными. К сожалению, при дефиците в контралатеральной конечности – используемой в качестве стандарта – этот метод анализа неточен. Например, асимметрия походки или какая-либо другая патология (в том числе хондрозис надколенно-бедренного сустава) будут влиять на результаты тестирования колена. Следовательно, билатеральное сравнение в большинстве случаев является недостаточным методом для оценивания системы суставов.

Одностороннее соотношение мышц

Другой способ определения целостности сустава – это сравнение агониста с мышцами антагониста. Изменения в этом соотношении указывают на слабость и проще всего идентифицируются во время скоростного спектрального исследования.

Ожидаемые соотношения для нормально функционирующего колена:

Если наблюдается недостаточность ACL колена, эти соотношения часто бывают на 10% выше; при недостаточности PCL колена они на 10% ниже.

Вращающий момент и масса тела

Как уже упоминалось выше, соотношение (вращающий момент) : (вес тела) является хорошим показателем общей целостности сустава. Если вдобавок к этому учитывать тщательный анализ кривой вращающего момента пациента, можно получить много информации. Анализ нашей базы пациентов позволяет получить следующий набор нормативов BIODEX относительно соотношения (вращающий момент) : (вес тела).

Все соотношения основаны на весе, установленном по шкале стандартов.

Итог

Руководящие указания, описанные в этой статье, – это всего лишь указания. Если есть какие-либо сомнения относительно аргументированности изокинетического тестирования, следует немедленно обратиться к результатам клинического исследования и к возможностям пациента пройти установленное тестирование.

Критерии для получения результатов на основе каждого тестирования должны быть определенными, а методы исследования – одними и теми же. Наконец, не забывайте о том, что изокинетическое тестирование – это способ получения объективных данных. Оценивание информации о мышечной и нейромышечной системах всегда должно быть частью целого – частью полного исследования и реабилитационной программы.

В общей сложности, на итог изокинетического тестирования колена влияют десять факторов:

• Cоотношение (максимальный вращающий момент):(вес тела);
• Cоотношение (полная работа):(вес тела)
• Одностороннее соотношение (подколенное сухожилие):(четырехглавая мышца);
• Анализ кривой вращающего момента;
• Билатеральный средний максимальный вращающий момент;
• Билатеральная полная работа;
• Билатеральная средняя сила;
• Соотношение (средняя сила):(вес тела);
• Отношение времени к развитию вращающего момента (вращающий момент в 0,2 секунды);
• Выносливость.

Использование этих факторов в качестве руководящих принципов для интерпретации данных изокинетического тестирования поможет сделать исследование более значимым и полезным. Эти критерии должны быть оценены, прежде чем пациент приступит к спортивной деятельности. Мы установили также подобные критерии для оценки функционирования плеча.

Завершая статью, отметим, что существует четыре основных принципа, о которых надо помнить во время интерпретации изокинетического тестирования:

• Соотносите результаты Вашего исследования с клиническими результатами;
• Используйте определенные, заранее установленные критерии для интерпретации тестирования;
• Убедитесь в том, что тестирование надежно и воспроизводимо. Если это не так, повторите тестирование;
• Не забывайте о том, что изокинетическое тестирование – не единственное доступное исследование. С помощью этого тестирования Вы фиксируете только объективные данные о мышечной работе. Для определения слабости коленей используйте артрометрическое исследование; для функционального статуса – функциональное исследование. При необходимости должны быть использованы другие виды исследований.